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¿Qué es el equilibrio transitorio? – Equilibrio radiactivo – Definición

El equilibrio radiactivo transitorio existe cuando la vida media del núcleo principal es más larga que la vida media del núcleo hijo, pero la concentración de los núcleos parentales disminuye significativamente con el tiempo. Propiedades del material [/ su_quote]

En la física de las desintegraciones nucleares , existe un equilibrio radiactivo cuando un nucleido radiactivo se desintegra a la misma velocidad a la que se produce. El núcleo que se desintegra generalmente se denomina núcleo padre y el núcleo que queda después del evento como núcleo hijo . El núcleo hijo puede ser estable o radiactivo. Si es radiactivo, se desintegra en un núcleo hijo y así sucesivamente. Por tanto, cada núcleo progenitor radiactivo puede iniciar una serie de desintegraciones, teniendo cada producto de desintegración su propia constante de desintegración característica.

La concentración de núcleos hijos en el equilibrio radiactivo depende principalmente de las proporciones de vidas medias (o constantes de desintegración ) de los núcleos padre e hijo. Dado que la tasa de producción y la tasa de desintegración son iguales, el número de átomos presentes permanece constante a lo largo del tiempo. En cualquier caso, un equilibrio radiactivo no se establece de forma inmediata, sino que solo tiene lugar después de un período de transición . Este período es del orden de unas pocas vidas medias del núcleo más longevo de la cadena de desintegración. En el caso de cadenas de desintegración radiactiva, se puede establecer un equilibrio radiactivo entre cada miembro de la cadena de desintegración.

equilibrio radiactivo - ecuación

Como se escribió, la proporcionalidad de las vidas medias es un parámetro clave que determina el tipo de equilibrio radiactivo :

  • El equilibrio radiactivo no se establece cuando la vida media del núcleo padre es más corta que la vida media del núcleo hijo. En este caso, la tasa de producción y la tasa de descomposición de cierto miembro de la cadena de descomposición no pueden ser iguales.
  • El equilibrio radiactivo secular existe cuando el núcleo principal tiene una vida media extremadamente larga. Este tipo de equilibrio es particularmente importante en la naturaleza. Durante los 4.500 millones de años de la historia de la Tierra, especialmente el uranio 238, el uranio 235 y el torio 232 y los miembros de sus cadenas de desintegración han alcanzado equilibrios radiactivos entre el núcleo padre y los diversos descendientes.
  • El equilibrio radiactivo transitorio existe cuando la vida media del núcleo padre es más larga que la vida media del núcleo hijo. En este caso, el nucleido padre y el nucleido hijo se desintegran esencialmente a la misma velocidad.

Equilibrio radiactivo transitorio

El equilibrio radiactivo transitorio existe cuando la vida media del núcleo principal es más larga que la vida media del núcleo hijo, pero la concentración de los núcleos parentales disminuye significativamente con el tiempo. En este caso, el nucleido padre y el nucleido hijo pueden decaer esencialmente a la misma velocidad, pero ambas concentraciones de nucleidos disminuyen a medida que disminuye la concentración de los núcleos parentales. Contrariamente al equilibrio secular, la vida media de los núcleos hijos no es despreciable en comparación con la vida media de los padres.

Equilibrio transitorio - Equilibrio radiactivo

Un ejemplo de este tipo de proceso de descomposición de compuestos es un generador de tecnecio-99m que produce tecnecio-99m para procedimientos de diagnóstico de medicina nuclear a partir de molibdeno-99. La corta vida media del tecnecio-99m de 6 horas hace que el almacenamiento sea imposible y encarece el transporte. Por lo tanto, con fines médicos, el molibdeno-99 se utiliza para producir tecnecio-99m. Estos dos isótopos están en equilibrio transitorio. La constante de desintegración del molibdeno-99 es considerablemente menor que la constante de desintegración del tecnecio-99m. Aunque la constante de desintegración del molibdeno-99 es menor, la tasa real de desintegración es inicialmente mayor que la del molibdeno-99 debido a la gran diferencia en sus concentraciones iniciales. A medida que aumenta la concentración de la hija, la tasa de descomposición de la hija se acercará y eventualmente igualará la tasa de descomposición del padre. Cuando esto ocurre, se dice que están en  equilibrio transitorio . En el caso del generador de tecnecio-99m, el equilibrio transitorio se produce después de aproximadamente cuatro vidas medias. Hoy en día, el tecnecio-99m es el elemento más utilizado en medicina nuclear y se emplea en una amplia variedad de estudios de imágenes de medicina nuclear.

Además, el equilibrio transitorio puede interrumpirse ocasionalmente cuando uno de los núcleos intermedios abandona la muestra donde están confinados sus antepasados.

Equilibrio radiactivo transitorio con fuente - Ejemplo

Un ejemplo especial de equilibrio radiactivo son las concentraciones de yodo-135 y xenón-135 en un reactor nuclear , pero en este caso, se debe tener en cuenta el quemado del xenón. Tenga en cuenta que, en este caso especial, la vida media del núcleo padre es más corta que la vida media del núcleo hijo. La producción y eliminación de xenón se puede caracterizar por las siguientes ecuaciones diferenciales :

equilibrio de xenón - equilibrio de yodoCuando la tasa de producción de yodo es igual a la tasa de eliminación de yodo, existe equilibrio . Este equilibrio también se conoce como "depósito de xenón 135", ya que todo este yodo debe sufrir una desintegración a xenón. En equilibrio, la concentración de yodo permanece constante y se denomina N I (eq) . La siguiente ecuación para la concentración de equilibrio de yodo se puede determinar a partir de la ecuación anterior estableciendo dN I / dt = 0 . Dado que la concentración de yodo de equilibrio es proporcional a la velocidad de la reacción de fisión, también es proporcional al nivel de potencia del reactor .

Cuando la tasa de producción de xenón 135 es igual a la tasa de eliminación , también existe equilibrio para el xenón . La concentración de xenón permanece constante y se denomina N Xe (eq) . La siguiente ecuación (1) para la concentración de equilibrio de xenón se puede determinar a partir de la ecuación anterior estableciendo dN Xe / dt = 0 . Para que el xenón 135 esté en equilibrio, el yodo 135 también debe estar en equilibrio. La sustitución de la expresión de la concentración de yodo en equilibrio 135 en la ecuación del xenón en equilibrio (1) da como resultado (2).

Valor de xenón: diferentes niveles de potenciaDe esta ecuación se puede ver que el valor de equilibrio para el xenón 135 aumenta a medida que aumenta la potencia, porque el numerador es proporcional a la velocidad de reacción de fisión . Pero el flujo térmico también está en el denominador. Por lo tanto, a medida que el flujo térmico excede algún valor, el quemado del xenón comienza a dominar y, a aproximadamente 10 15 neutrones.cm -2 .s -1 , la concentración de xenón-135 se acerca a un valor límite. Las concentraciones de equilibrio de yodo 135 y xenón 135 en función del flujo de neutrones se ilustran en la siguiente figura.

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References:

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Ver también:

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